Comme décrit dans l’article « les origines de la vie », les procaryotes (= cellule ne possédant pas de noyau) [1] étaient certainement les premiers organismes vivants présents sur Terre. Au cours de l’évolution, les eucaryotes (= cellules ou organismes possédant un noyau cellulaire) sont également apparus. Plusieurs théories ont tenté d’expliquer la formation de ces deux catégories d’organismes, qui en apparence, semblent si différents. La théorie reconnue actuellement par la communauté scientifique est « la théorie de l’endosymbiose » [2]. Cette dernière permet d’expliquer la formation des cellules eucaryotes et a mis en avant leur possible origine chimérique.
Différences principales entre eucaryote et procaryote
Le concept de l’endosymbiose
Avant de parcourir plus en détail cette théorie, il est important d’expliquer le concept de l’endosymbiose. Le mot « endosymbiose » vient du préfixe endo- qui signifie à l’intérieur et du mot « symbiose », qui définit une relation mutuellement bénéfique entre deux organismes. On retrouve de nombreux exemples de ce type de relation, notamment entre les plantes et les microorganismes. Un des exemples le plus connu est celui du lichen : il s’agit d’une symbiose entre une algue et un champignon [3]. Dans le cas de l’endosymbiose, il s’agit d’une interaction où un être vivant vit à l’intérieur d’un autre (l’organisme hôte). Dans cette interaction, les deux parties vont être dépendants l’un de l’autre, menant à une interaction mutuellement bénéfique et indispensable.
La théorie endosymbiotique
Le concept de l’endosymbiose est à la base de la théorie de l’endosymbiose. Cette dernière explique en parti comment se seraient formées les cellules eucaryotes, et plus particulièrement, l’origine de deux structures spécifiques: les mitochondries (présentes chez tous les eucaryotes) et les chloroplastes (spécifiques aux organismes végétales). Ces structures, faisant parti de la famille des « organelles » [4], seraient initialement des cellules procaryotes, qui auraient été intégrées par l’ancêtre des cellules eucaryotes. En effet, il n’est pas anodin que des cellules en intègrent d’autres, généralement pour les utiliser comme source de nourriture. L’organisme ingéré est donc normalement digéré. Cependant, il peut arriver que la cellule ingérée ne soit pas détruite, et commence à vivre à l’intérieur de l’organisme prédateur, devenu hôte. Dans le cas des eucaryotes, des procaryotes auraient été intégrés puis auraient perdu leur indépendance, jusqu’à ne devenir que de simple organelle de la cellule. Selon la théorie endosymbiotique, ce phénomène se serait produit 2 fois chez l’ancêtre des eucaryotes. La première endosymbiose aurait donné naissance à la mitochondrie, présente chez tous les eucaryotes. La deuxième endosymbiose, spécifiques aux organismes végétaux, auraient permis la formation des chloroplastes.
Processus de l’endosymbiose menant à la formation des eucaryotes
Quelles sont les arguments derrières ?
Plusieurs arguments soutiennent la théorie de l’endosymbiose [5]. Cependant, il est important de mentionner que les théories scientifiques sont basées sur des connaissances que nous ne pouvons parfois pas prouver directement, mais qui sont soutenues par de nombreux indices, qui plaident en leur faveur. Par conséquent, une théorie ne sera jamais considérée comme l’exacte vérité mais plutôt comme un concept s’approchant le mieux de la vérité (comme la théorie de l’évolution).
Le tout premier argument de la théorie de l’endosymbiose est le fait que les mitochondries et chloroplastes sont composés d’un ADN très semblable à celui de certains procaryotes. De plus, ces structures sont aussi capables de transcrire et traduire leurs propres protéines, comme une cellule vivante et indépendante le ferait. Ce sont d’ailleurs les deux seules organelles ayant cette capacité.
Le deuxième argument provient de la taille de ces organelles. Effectivement, il s’avère qu’elles ont une taille similaire à celle des cellules procaryotes desquelles elles se rapprochent déjà génétiquement. De manière générale, les cellules procaryotes sont également beaucoup plus petites que les cellules végétales et animales, il est donc tout à fait possible que celles-ci soient régulièrement intégrées par l’ancêtre des cellules eucaryotes comme source de nourriture.Un troisième argument est basé sur la manière dont ces organelles se divisent. En effet, il existe différentes méthodes de divisions. Les mitochondries et chloroplastes se divisent par scissiparité [6], contrairement aux cellules eucaryotes qui se divisent par mitose [7]. Cette méthode de division est également observée, mais uniquement chez les organismes procaryotes.
Méthode de division cellulaire. Sissiparité (gauche) et mitose (droite).
Finalement, si nous nous intéressons à la membrane (la barrière qui entoure la cellule et d’autres compartiments) de ces organelles, on peut à nouveau observer une caractéristique atypique. Elles sont en effet constituées de deux membranes. La présence de ces multiples couches pourraient s’expliquer par le fait que l’ancêtre de ces organelles aurait été une bactérie, ingérée de la façon suivante:
Phénomène de phagocytose et est l’un des processus permettant à certaines cellules d’en avaler d’autres.
Avantages et bénéfice commun ?
Malgré les différents arguments apportés, cette théorie peut paraître surprenante au premier abord. En effet, quel serait l’intérêt de commencer une interaction avec un organisme qui devait initialement servir de repas ? Premièrement, il est important de noter que ce genre d’événement est très rare et le produit du hasard. Ensuite, il faut se rappeler que les mitochondries et chloroplastes sont des structures permettant à la cellule de produire de l’énergie. Il est donc envisageable que les cellules ingérées initialement par l’ancêtre des eucaryotes permettaient d’obtenir une forme de source supplémentaire d’énergie, qui auraient apporté un avantage sélectif, poussant l’hôte à les conserver. Inversement, vivre à l’intérieur d’un prédateur peut offrir une très bonne protection, dans le cas des cellules qui ont été ingérées. Ces bénéfices mutuelles auraient donc pu pousser à la conservation de cette interaction symbiotique, jusqu’à ceux que les deux organismes ne forment qu’un.
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Références:
